Tải bản đầy đủ
I .Xác định công suất bảo đảm:

I .Xác định công suất bảo đảm:

Tải bản đầy đủ

Thiết kế sơ bộ ttđ NàLOà

Đồ án tốt nghiệp

Công suất bình quân mùa kiệt của năm thứ i đợc xác định theo công thức:
Nmk = k. Qpđimk.Hi
Trong đó:
+ k = 9,81.tđ với tđ là hiệu suất nhà máy thuỷ điện
+ Qpđimk là lu lợng phát điện bình quân mùa kiệt năm thứ i
Q mk
pdi

Q tni

=
n

+

Vhi
Q th Q bh
n.t

mk
Với - Q pdi là lu lợng phát điện bình quân của năm thủy văn thứ i.

mh

F .h bh
Q bh = tl
2,62.10 6

,

Q th =

th .V
2,62.10 6

t là số giây trong thời đoạn tính toán : t =2,62.106(s).
n là số tháng mùa kiệt.
+ Hi là cột nớc bình quân ứng với năm thuỷ văn i.
Hi = Z tl Z hl
mk
Với: Z hl là mực nớc hạ lu ứng với Q pdi

Z tl là mực nớc thợng lu ứng với dung tích bình quân của TTĐ.
Sau khi đã xác định các giá trị công suất bình quân mùa kiệt tơng ứng . Ta
sắp xếp Nmk theo thứ tự giảm dần, tơng ứng với các Nmk, ta có tần suất :
P=

n
.100%
m +1

Trong đó :
n là thứ tự Nmk sau khi sắp xếp giảm dần.
m là tổng số các giá trị Nmk.
Vẽ đờng tần suất công suất tơng ứng với các tần suất thiết kế ta xác
định đợc công suất đảm bảo của trạm thuỷ điện.
*Phơng pháp xác định công suất Nbđ theo đờng tần suất công suất bình
quân mùa kiệt với giả thiết Nđb = N mkP % .
Nếu liệt năm quá dài có thể chọn ra một dãy năm đại biểu sao cho chúng
có hàng loạt năm ít nớc kể cả năm đặc biệt ít nớc, những năm nhiều nớc và
những năm trung bình. Sau đó vẽ đờng tần suất bình quân tìm Nđb tơng tự phơng pháp

24

Thiết kế sơ bộ ttđ NàLOà

Đồ án tốt nghiệp

* Xác định Nđb theo đờng theo đờng duy trì lu lợng ngày đêm..
=>Với TTĐNà loà là TTĐ điều tiết ngày em chọn phơng án tính toán theo đờng
duy trì lu lợng ngày đêm.
Công suất đảm bảo TTĐ NàLoà đợc xác định theo đờng duy trì lu lợng
ngày đêm. (Q ~ P)
Từ đó đờng duy trì lu lợng ngày đêm (Q ~ P ) em xác định đợc Qbđ
ứng với tần suất thiết kế P = 85% là Qbđ = 1,07 m3/s
Công suất bảo đảm tính theo công thức:
Nbđ = K.H(Qbđ).Qđb
Trong đó :

K : hệ số nhà máy thuỷ điện, K =9,81.TB.mf
TB : hiệu suất của Tua Bin.
mf : hiệu suất của Máy Phát.

Sơ bộ lấy K = 8,4.
Hfđ : cột nớc phát điện của nhà máy.
H(Qbđ) = Zbal Zhl (Qbđ) Htổn thất(Qbđ).
Zbal : cao trình bể áp lực.
Z bal =

MNDBT + MNC
H ttk = 382,27
2

Httk : bao gồm tổn thất cục bộ qua cửa lấy nớc, tổn.
thất dọc đờng trong kênh và tổn thất qua bể áp lực. Tổng chiều dài kênh
là : 3010 m và độ dốc đáy kênh i = 0,0012, coi nh tổn thất cục bộ là
không đáng kể: Httk = 3010.0,0012 3,612 m.
Zhl : cao trình mực nớc hạ lu ứng với Qhl = Qbđ.
Quan hệ Zhl ~ Qhl tra đợc Zhl = 211,54 m
Htổn thất : tổn thất qua nhà máy thuỷ điện.
Quan hệ Htổn thất ~ QTĐ tra đợc Htôn thất =0,37 m
Thay vào công thức ( 2 3 ).
N bd = 8,4. * 0,97( 382.27 211,54 0,37 ) 1,39Mw .

II.Xác định công suất lắp máy:
1. Khái niệm.
Công suất lắp máy là công suất tối đa mà TTĐ có thể phát đợc trong quá
trình làm việc bình thờng.
Công suất lắp máy bằng tổng công suất định mức của các tổ máy trong
nhà máy.
25

Thiết kế sơ bộ ttđ NàLOà

Đồ án tốt nghiệp

2.Xác định công suất lắp máy.
Từ bảng tính toán em xác định đợc công suất lắp máy là: Nlm = 8
(MW)
III. Số giờ lợi dụng công suất lắp máy.
1. Xác định điện lợng bình quân nhiều năm Enn
Điện lợng bình quân nhiều năm là một thông số qua trọng của TTĐ, để đánh giá
mức độ cung cấp điện cho hệ thống trong nhiều năm
Từ bảng tính toán thuỷ năng chi tiết em xác định đợc Enm= E = 41687529,21
kWh
2. Số giờ lợi dụng công suất lắp máy : Thông qua việc tính toán ở trên xác định
đợc số giờ lợi dụng tổng hợp, theo công thức sau
t =

Enn 41687529,21
=
= 5211 giờ.
Nlm
8.1000

Trong đó : Enm = 41687529,21 kWh, Nlm = 8 MW
Iv. Tính toán xác định các cột nớc đặc trng.
1. Cột nớc lớn nhất của trạm thuỷ điện (HMax).
Cột nớc lớn nhất HMax là cột nớc lớn nhất xảy ra trong quá trình vận
hành của TTĐ, tơng ứng mực nớc thợng lu là Cao trình BAL và mực nớc hạ lu
là mực nớc thấp nhất.
HMax = ZBAL - ZHL(QMin) - H (2-7)
QMin là lu lợng nhỏ nhất xả xuống hạ lu trong quá trình vận hành của
TTĐ nhng vẫn đảm bảo yêu cầu về LDTH khác, , Qmin=2,1 m3/s,Trong trờng
hợp với TTĐ Nà Loà không có yêu cầu lợi dụng tổng hợp. Ta lấy lu lợng chảy
vào một tổ máy ứng với từng loại Tua Bin.
Với Tua Bin tâm trục ta có thể lấy Q hlmin = Qmin = (0,7.QTĐmax)/số tổ máy.
(số tổ máy sơ bộ đợc chọn là Z= 4) Qmin=1,06 m3/s, tra quan hệ (Q~Zhl) ta đợc
ZHL(QMin)=211,81 m.

HMax = 382,27 211,81- 1,7 =168,76 (m).
.2. Cột nớc bình quân gia quyền (Hbq).

26

Thiết kế sơ bộ ttđ NàLOà

Đồ án tốt nghiệp

Là cột nớc bình quân của TTĐ trong suốt quá trình vận hành bình thờng, cột nớc bình quân đợc tính theo bình quân gia quyền của công suất trong
thời đoạn tính toán.
Hbq =

Ni * Hi
Ni

=

16258371,76
=160,4(m).
101361,42

.3. Xác định cột nớc tính toán (Htt).
Cột nớc tính toán là cột nớc thấp nhất mà TTĐ vẫn phát ra đợc công
suất lắp máy.
Trong tính toán sơ bộ, cột nớc tính toán theo kinh nghiệm lấy gần bằng
cột nớc bình quân.
Vậy Htt 0.98* Hbq = 0,98.160,4 = 157,19 (m).
.4. Cột nớc nhỏ nhất (HMin).
Cột nớc nhỏ nhất HMin là cột nớc mà TTĐ phát đợc công suất đảm
bảo trong quá trình làm việc bình thờng của TTĐ.
HMin = ZBAL - ZHL(QMax)-H = 156,38 (m)
QMax là lu lợng lớn nhất xả xuống hạ lu trong quá trình vận hành của
TTĐ, Qmax = 6,06 => ZHL(QMax) = 212,345, H = 13,545m
Hmin = 382,27 212,435 13,46 = 156,38 m
* Kết quả tính toán thuỷ năng ta đợc các thông số nh sau:
- MNDBT = 386,26 m.
- MNC = 385,5 m.
- Wyc = Vhi =84270,34 m3.
- Nđb = 1.39 MW.
- Nlm = 8 MW.
* Các cột nớc đặc trng:
- HMax = 168,76(m).
- Hbq = 160,4 (m).
- Htt = 157,19(m).

27

Thiết kế sơ bộ ttđ NàLOà

Đồ án tốt nghiệp

- HMin = 156,38 (m).
-Zhlmin = 211,81(m)

phần III.
Chọn thiết bị
i3-1. Khái quát chung.
Sau khi xác định đợc các thông số cơ bản của trạm thuỷ điện ta tiến
hành chọn thiết bị cho TTĐ.
Thiết bị TTĐ gồm 2 phần cơ bản:
- Thiết bị cơ khí thuỷ lực.
- Thiết bị điện và các thiết bị khác.
Thiết bị và số tổ máy của trạm thuỷ điện phải đợc lựa chọn sao
cho kinh tế. Đây là một vấn đề rất quan trọng trong việc tính toán thiết kế
NMTĐ. Bởi vì nó ảnh hởng tới: kích thớc, quy mô công trình, kết cấu công
trình..., nó ảnh hởng trực tiếp đến vốn đầu t vào TTĐ. Chọn số tổ máy và chọn
thiết bị cho NMTĐ là hai công việc liên quan chặt chẽ với nhau, trong vấn đề
chọn số tổ máy, phải dựa vào điều kiện kinh tế và điều kiện kỹ thuật. Do đó,
khi chọn ta phải giả thiết nhiều phơng án rồi tính toán, so sánh để chọn ra một
phơng án có lợi nhất: cung cấp điện an toàn, vốn đầu t nhỏ, chi phí vận hành
nhỏ, tức là đảm bảo về yêu cầu kỹ thuật và có lợi hơn về kinh tế. Vì vậy, khi
chọn số tổ máy (Z) ta cần quan tâm đến các yếu tố sau:
1. Công suất 1 tổ máy phải nhỏ hơn hoặc bằng công suất dự trữ sự cố của
hệ thống:
NHTdtsc = (10 ữ 12) %. PmaxHT
Có nh vậy thì khi một tổ máy bị hỏng, công suất chung mới đảm bảo.
2. Về mặt năng lợng: Turbin phải làm việc trong vùng hiệu suất cao .

28

Thiết kế sơ bộ ttđ NàLOà

Đồ án tốt nghiệp

Ta có : max T = 1 (1 max M ).5

D1M
D1T

=>Khi Z tăng thì D1 giảm => max T

giảm. Đối với TTĐ nếu số tổ máy nhiều thì TTD tăng.
Với turbin tâm trục thì có max cao, nhng vùng có hiệu suất cao hẹp. Cho
nên muốn hiệu suất bình quân của TTĐ cao thì nên chọn nhiều tổ máy
Với turbin cánh quay thì có max thấp, nhng vùng làm việc với hiệu suất
cao thì rộng, nên số tổ máy thay đổi mà hiệu suất bình quân của TTĐ ít thay
đổi.Khi TTĐ làm việc ở phần đỉnh của biểu đồ phụ tải thf N luôn luôn thay
đổi => số tổ máy nhiều =>hiệu suất bình quân của TTĐ tăng.Khi TTĐ làm
việc ở phần gốc của biểu đồ phụ tải thì số tổ máy ít nhng hiệu suất bình quân
của TTĐ vẫn cao.
3. Về mặt quản lý vận hành: Số tổ máy ít dễ quản lý vận hành hơn số tổ máy
nhiều.
4. Vốn đầu t vào thiết bị và xây dựng công trình :
Nếu số tổ máy ít thì công suất sẽ lớn, vốn đầu t vào cả nhà máy nhỏ,
kích thớc nhà máy nhỏ, tăng tiến độ thi công.
5. Về vận chuyển lắp ráp :
Kích thớc và trọng lợng thiết bị nếu lớn quá thì sẽ gây khó khăn cho
quá trình vận chuyển. Việc chọn thiết bị phải phù hợp với tình hình thực tế:
phơng tiện giao thông, đờng xá, cầu cống...
Hiện nay, nớc ta các thiết bị đều phải nhập từ nớc ngoài vì thế nên chọn số
tổ máy sao cho các thiết bị đã có sẵn trong catalogue(bảng tra), nếu phải đặt
chế tạo một loại thiết bị mới thì rất tốn kém, sẽ làm tăng vốn đầu t.
6. Về cung cấp điện:
Để đảm bảo an toàn cung cấp điện nên chọn số tổ máy nhiều vì TTĐ có
tỷ trọng lớn trong hệ thống điện thì sự cố mỗi tổ máy ảnh hởng rất lớn đến an
toàn cung cấp điện của hệ thống. Nếu chọn số tổ máy ít thì dẫn đến việc cung
cấp điện không an toàn.Vì mỗi tổ máy đảm nhận một phần phụ tải rất lớn khi
gặp sự cố dẫn đến tổn thất lớn cho hộ dùng điện.
Với MNDBT = 386,26 (m).
Qua phần tính toán thuỷ năng có kết quả sau:
- Nlm = 8 (MW).

29

Thiết kế sơ bộ ttđ NàLOà

Đồ án tốt nghiệp

- HMax = 168,76(m).
- Hbq = 160,4 (m).
- Htt = 157,19(m).
- HMin = 156,38 (m).
-Zhlmin = 211,81(m
Từ những phân tích ở trên và với các thông số thuỷ năng đã tính toán với
TTĐ Nà Loà có công suất lắp máy nhỏ ( N lm =8 Mw ) nên em đa ra các phơng
án số tổ máy: Z = 2,3,4 tổ máy. Tiến hành tính toán chọn turbin, máy phát...
sau đó so sánh về kinh tế và kỹ thuật để chọn ra phơng án số tổ máy có lợi
nhất.
*Công suất định mức của một tổ máy (Ntm) cho từng phơng án:
Ntm = Nmf =

N lm
Z

(3-2)

Trong đó:

Nlm : là công suất lắp máy của nhà máy thuỷ điện.
Z : là số tổ máy.
*Công suất định mức của một Turbin (Ntb):
Ntb =

N tm
mf

(3-3)

Trong đó:
Ntm : là công suất một tổ máy.

mf : là hiệu suất máy phát.
mf = (0,96 ữ 0,98). Sơ bộ chọn mf = 0,97.
Vậy ta có bảng sau:
Phơng án
2 tổ máy
3 tổ máy
4 tổ máy

Ntm. (MW)
4
2,67
2

Ntb. (MW)
4,12
2,75
2,06

Việc tính toán là một việc làm khó khăn vì nó liên quan tới nhiều vấn đề.
Do thời gian có hạn nên trong phạm vi đồ án này chỉ là thiết kế sơ bộ nên cha
đòi hỏi cao. Sau đây là trình tự tính toán cho từng phơng án.

30

Thiết kế sơ bộ ttđ NàLOà

Đồ án tốt nghiệp

i3-2.CHọN TURBIN CHO CáC PHƯƠNG áN.
Từ yêu cầu công suất đối với mỗi tổ máy của từng phơng án ta đi chọn
thiết bị cho từng phơng án cụ thể là Turbin và máy phát. Sau đó sơ bộ đánh
giá vốn đầu t vào thiết bị và xây dựng nhà máy để từ đó chọn ra số tổ máy(Z)
hợp lý nhất .
Để chọn Turbin cho từng phơng án ta phải căn cứ vào kết quả tính toán
thuỷ năng: Công suất lắp máy(Nlm), cột nớc bình quân gia quyền(Hbq), cột nớc
tính toán(Htt), cột nớc lớn nhất(Hmax), cột nớc nhỏ nhất(Hmin), mực nớc hạ lu
min(Zhlmin), các đờng quan hệ mực nớc thợng lu, hạ lu, các đờng đặc tính tổng
hợp chính của các kiểu BXCT Turbin, các bảng tra.
Trong phạm vi đồ án này để chọn tur bin cho các phơng án em trình bày chi
tiết cho phơng án Z = 2 tổ máy ,các phơng án còn lại em chỉ đa ra kết quả còn
cách tính thì hoàn toàn tơng tự.
* Chọn turbin cho phơng án Z = 2 tổ máy:
I. Các tài liệu cơ bản:
- Công suất 1 tổ máy Ntm = 4. 103 (KW).
-

Công suất định mức Turbin Ntb = 4,12 .103(KW).
Cột nớc lớn nhất Hmax = 168,76 (m).
Cột nớc tính toán Htt = 157,19(m).
Cột nớc nhỏ nhất Hmin = 156,38(m).
Cột nớc bình quân gia quyền Hbq = 160,4(m).
Cao trình mực nớc hạ lu nhỏ nhất Zhlmin = 211,81 (m).

II.Chọn kiểu Turbin:
Căn cứ vào phạm vi thay đổi cột nớc Hmin = 156,38 (m) đến Hmax = 168,76
(m), công suất định mức Turbin Ntb = 4,12.103(KW). Tra trên biểu đồ phạm vi sử
dụng của các kiểu Turbin tài liệu "chọn thiết bị cho nhà máy", ta chọn đợc kiểu
Turbin PO533
III. Xác định các thông số cơ bản của Turbin.
1. Xác định đờng kính BXCT.
Đờng kính BXCT (D1) đợc xác định theo công thức:

31

Thiết kế sơ bộ ttđ NàLOà

Đồ án tốt nghiệp

D1 =

N tb
9,81. T .Q 1' .H tt . H tt

Trong đó :
- Ntb : công suất của một Turbin : Ntb =4,12. 103 (KW).
- T : Hiệu suất Turbin. T = (0,88 ữ 0,9), chọn sơ bộ T = 0,9.
- Q1 : Lu lợng quy dẫn lấy ở điểm tính toán trên đờng hạn chế công suất
5% của đờng đặc tính tổng hợp chính của Turbin PO533 ( Tra từ nIM).
Ta có: nIM = nIMO + (2ữ5) (v/f).(đối với Tuarbin tâm trục).
ứng với hiệu suất max = 90 % tra trên đờng ĐTTHC, ta đợc:
nIMO = 63 (v/f) nIM = 61 + 2 = 63 (v/f).
Với nIM tra tiếp trên đờng công suất 5% đợc :
Q1 = 0,22(m3/s).
- Htt là cột nớc tính toán của TTĐ : Htt = 157,19 (m).
Thay số vào, ta đợc:
D1 =

4,12.10 3
9,81.0,9.0,22.157,19. 157,19

= 1,04(m).

Chọn theo trị số đờng kính tiêu chuẩn, ta đợc D1 =1 (m).
2. Xác định số vòng quay đồng bộ (n) :
Số vòng quay đồng bộ của Turbin đợc xác định theo công thức:
n=

n 1' To . H bq
D1

Trong đó :
- Hbq : Cột nớc bình quân gia quyền: Hbq = 160,4 (m).
- D1 : Đờng kính bánh xe công tác: D1 = 1 (m).
- n1To : Số vòng quay quy dẫn tối u của Turbin thực .
n1To = n1Mo + n'1

n'1 = n1Mo(

T max
1)
M max

Trong đó:vq

n'1 : Độ hiệu chỉnh số vòng quay quy dẫn Turbin thực và Turbin mẫu.
n1Mo : Số vòng quay quy dẫn tối u Turbin mẫu n1Mo = 61 (v/f).
32

Thiết kế sơ bộ ttđ NàLOà

Đồ án tốt nghiệp

T max , M max : là hiệu suất lớn nhất của Turbin mẫu và thực.
Tra trên đờng ĐTTHC Turbin PO533 đợc hiệu suất M max = 90%
Hiệu suất Turbin thực max:

T max = 1- (1- M max ) 5

D1M
D1T

20

HM
HT

(khi H > 150 (m))

Với: D1M, D1T - Đờng kính BXCT Turbin mẫu và thực:
D1M = 0,46 (m), D1T = 1,2 (m).
HM,HT -Cột nớc của TuaBin thực và TuaBin mẫu:
HM = 1m, HT = 157,19 m
T max = 1- (1- 0,9) 5

Khi đó : n 1' = 61(

0,46
1

20

1
= 0,93
157,19

0,93
1 ) = 1 (v/f).
0,9


n 1To = 61+1 = 62 (v/f).

Thay số, ta có :

n = 62.

160,4
=785.22(v/f).
1

Từ giá trị số vòng quay tính đợc tra trong bảng số vòng quay đồng bộ ta
chọn số vòng quay là n = 750(v/f).
3. Kiểm tra lại điểm tính toán.
+ Số vòng quay quy dẫn tại điểm tính toán:
n1Ttt =

n.D1
750.1
=
=59,82 (v/f).
H tt
157,19

+ Số vòng quay quy dẫn mẫu:
n1Mtt = n1Ttt - n 1' = 59,82 - 1 = 58,82(v/f).
+ Lu lợng quy dẫn tại điểm tính toán :

N tb
4,12.10 3
=
Q 1tt =
9,81. tt .D 12 .H tt . H tt 9,81.0,9.12.157,19.


157,19

= 0,21 (m3/s).

Đa n1Mtt , Q1tt lên đờng đặc tính tổng hợp, ta thấy điểm tính toán Q1tt không
vợt quá trị số (Q1minữ Q1max) = (0,198ữ0,213) (m3/s)
4. Kiểm tra lại vùng làm việc của Turbin.
Để kiểm tra việc chọn D1 và n có chính xác không ta tính các giá trị n 1max,
n1min.và Q1max ,Q1min Khi cột nớc của TTĐ dao động từ Hmax đến Hmin.
+ Đờng n1min ứng với Hmax = 168,76 (m) :
33

Thiết kế sơ bộ ttđ NàLOà

Đồ án tốt nghiệp

n.D 1
- n 1' =
H max

n1Mmin =

750.1
168,76

1 = 56,73 (v/f).

+ Có n1Mmin = 56,73 tra trên đờng đặc tính tổng hợp chính của tủ bin PO
533 sẽ tim đợc Q1min = 0,198 (m3/s)
+ Đờng n1max ứng với Hmin = 156,38 (m):
n1Mmax =
+ Q1max=

n.D 1
- n 1' =
H min
N tm

9,81. tb . mf .D 1. H max
2

3/ 2

=

750.1
156,38

1 = 59 (v/f).

4000
=0,213
9,81.0,97.0,9.1.168,761,5

Đa lên đờng ĐTTHC, ta thấy khi cột nớc dao động từ Hmin ữHmax vùng
làm việc của Turbin giới hạn bởi hai đờng n1max, n1min và Q1max ,Q1min đều nằm
gọn trong vùng có hiệu suất cao.
Vậy ta chọn: D1 = 1 (m).
n = 750 (v/f).
5. Xác định chiều cao hút Hs.
Trong quá trình Turbin làm việc trên bề mặt BXCT xuất hiện những vết
rỗ. Hiện tợng đó xảy ra do hiện tợng khí thực. Để Turbin làm việc không sinh
ra khí thực hoặc hạn chế hiện tợng khí thực thì đòi hỏi độ cao hút :
Hs [ H s ] .

Độ cao hút Hs là khoảng cách thẳng đứng tính từ mặt nớc hạ lu min đến
điểm có áp lực nhỏ nhất . Với Turbin tâm trục trục ngang thì điểm này nằm ở
điểm cao nhất của cánh BXCT.
Hs =

p at p h

- (M



+ ).H

Trong đó:
-

p at
: là áp suất khí quyển ở cao độ mặt biển và trong điều kiện làm viẹc


bình thờng thì

p at
=10,33m cột nớc.


- M : hệ số khí thực Turbin mẫu, tra trên đờng ĐTTHC tại điểm tính
toán đợc M = 0,045
- là độ điều chỉnh khí thực tra hình (1-6) tài liệu chọn thiết bị với H tt
= 157,19(m) đợc = 0,016 .
34